Новоразработен хиперпорест анод ще пренапише правилата на пазара на литиевите батерии, твърдят корейски учени

Група изследователи от Южна Корея са представили хибриден проводник за литиево-метални батерии с висока енергийна плътност. Създаването на батерийни аноди на негова основа не само ще увеличи капацитета им, но и ще ги направи няколко пъти по-леки от сегашните им аналози. Това има потенциала да пренапише правилата на играта на пазара, смятат изобретателите.

Както съобщават учените от катедрата по химия в Университета за наука и технологии в Поханг (POSTECH) и Корейския институт за енергийни изследвания (KIER) в статията си в списание Advanced Science, новата лека 3D структура на анодния материал значително улеснява преноса на литиеви йони.

„Това изследване открива нови възможности за максимално увеличаване на енергийната плътност на литиево-металните батерии.“

заяви професор Суджин Парк от POSTECH, подчертавайки важността на откритието

„Тази структура, която съчетава лекота и висока енергийна плътност представлява пробив в бъдещите технологии за батерии.“

добави неговият колега, д-р Гюджин Сонг от KIER:

Не е тайна, че литиево-металните аноди могат да постигнат енергийна плътност от 3860 mAh/g, което е повече от 10 пъти повече от наличните в момента графитни аноди. Това позволява на литиево-металните аноди да съхраняват повече енергия в по-малко пространство и за разлика от графита или силиция, те могат да участват пряко в електрохимичните реакции като електроди.

Друг е въпросът, че по време на процеса на зареждане и разреждане на такива батерии литиевите йони се разпределят неравномерно, създавайки области, известни като „разреден литий“, което намалява капацитета и производителността на батерията. Освен това литият може да се натрупва под формата на иглички във вътрешността на батерията, което води до къси съединения. В много отношения тези пречки са преодолими, но досега анодите се основаваха на сравнително тежки метали и това значително намаляваше капацитета спрямо теглото на батериите.

За да решат този проблем, корейските учени са разработили хибридна пореста структура, използваща поливинилов алкохол – лек полимер с висок транспортен капацитет за литиеви йони.

В комбинация с полимера учените са използвани едностенни въглеродни нанотръбички и нановъглеродни сфери, за да направят материала изключително порест. Предложената структура се оказа повече от 5 пъти по-лека от анодите, използващи мед. Освен това тя осигурява най-висока мобилност на литиевите йони и равномерното им разпределение без „мъртви зони“.

По време на експериментите литиево-металните анодни батерии, включващи иновативната 3D структура демонстрираха висока стабилност след повече от 200 цикъла на зареждане и разреждане и постигнаха висока енергийна плътност от 344 Wh/kg. Прототипите на батериите са създадени под формата на „торбички“ – типичен форм-фактор за комплект тягови автомобилни батерии, което деликатно подсказва потенциалното приложение на разработката.